【正文】 氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量DMOCH3OH0EG0H2（R1001）物料衡算本車間設(shè)計(jì)中所用Aspen plus化工模擬軟件Aspen plus模擬軟件能廣泛的應(yīng)用到化工領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)新工藝的設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)備的模擬計(jì)算、熱集成核算、環(huán)境評(píng)估、經(jīng)濟(jì)分析等。在DMO催化加氫反應(yīng)器物料衡算時(shí)，所以要先確定的衡算體系。 物料衡算的任務(wù)本車間設(shè)計(jì)物料衡算有兩種，一是對(duì)已有乙二醇合成的生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程對(duì)應(yīng)實(shí)際數(shù)據(jù)，核算出一些不可能直接測定的數(shù)據(jù)，對(duì)舊的乙二醇工藝流程分析，提出合理的改善措施。在最適工藝條件下該催化劑能達(dá)到最佳活化能。由乙醇副反應(yīng)產(chǎn)生。利用二異丁基酮做夾帶劑，乙二醇夾帶劑從塔頂采出，1,2丁二醇從塔釜采出。(3) 氫氣回收將反應(yīng)后的混合液由汽液分離器分離，上部采出氫氣及混合氣體，有后續(xù)氫氣精制循環(huán)利用，減少氫氣原料用量。催化劑由氫氣在一定工藝條件下還原活化。 工藝路線介紹 工藝原理(1)原料氣制備低壓煤氣化制取一氧化碳間歇法制的半水煤氣，再經(jīng)過高變低變制得氫氣(2)草酸二甲酯的合成一氧化碳?xì)庀嗯悸?lián)催化合成草酸二甲酯(DMO)。用合成氣法制取乙二醇原子利用率高，環(huán)境污染小，因此無論是經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)境角度都是一種經(jīng)濟(jì)有效合成路線。此工藝流程的反應(yīng)如下目前，我國石油資源日益短缺，國際原油市場價(jià)格不穩(wěn)定。①EC水解法在20世紀(jì)70年代時(shí)，英國 ICI、美國HalconSD、日本觸媒公司以及英國 ICI等公司研究出了EC水解工藝路線合成乙二醇。煤化工是以合成氣為原料，該合成乙二醇生產(chǎn)技術(shù)路線在我國已達(dá)到產(chǎn)業(yè)化。工藝路線是為：首先以CO為原料通過CO偶聯(lián)反應(yīng)制得草酸二甲酯，隨后草酸二甲酯通過加氫反應(yīng)得到乙二醇產(chǎn)品。2 生產(chǎn)工藝 項(xiàng)目背景石油和煤炭是全球性范圍內(nèi)的最重要石化資源。石油路線制備乙二醇路線要面臨國外天然氣制備乙二醇和國內(nèi)煤產(chǎn)業(yè)制備乙二醇路線的挑戰(zhàn)。將分離提純的草酸二甲酯的反應(yīng)尾氣再通入再生塔，回收利用亞硝酸甲酯。本工藝路線原子利用率高，大氣環(huán)境污染小，可大大提高生產(chǎn)過程的綜合經(jīng)濟(jì)效益。在年，乙二醇國內(nèi)的進(jìn)口量將達(dá)到萬噸，同比年上升了，中國乙二醇產(chǎn)量明顯產(chǎn)不足需。乙二醇主要用于防凍液、塑料以及聚酯纖維等領(lǐng)域。 Finally pleted the design and type selection of equipment. This design also the DMO hydrogenation section of the workshop layout,equipment control, environmental protection and investment estimation for the simple design and illustration. Key Words: ethylene glycol。 With the characteristics of high boiling point, low freezing point and weak reducing。本設(shè)計(jì)量是年產(chǎn)20萬噸乙二醇，年工作小時(shí)。合成氣經(jīng)草酸二甲酯(DMO)催化加氫法是制備乙二醇(EG)工藝的研究熱點(diǎn)之一，其中DMO加氫反應(yīng)是制備EG的核心。乙二醇(ethylene glycol)，分子量；具有沸點(diǎn)高、凝固點(diǎn)低和還原性弱等特點(diǎn)；℃，閃點(diǎn)℃。本設(shè)計(jì)首先對(duì)工藝流程分析，再根據(jù)工藝參數(shù)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)利用Aspen Plus模擬軟件完成了加氫反應(yīng)器的物、熱量衡算，還完成了對(duì)反應(yīng)器的優(yōu)化問題；本設(shè)計(jì)采用固定床列管式反應(yīng)器，管子采用φ25，一共5017根，正三角形排列；利用SW62011軟件對(duì)DMO加氫反應(yīng)器進(jìn)行了強(qiáng)度校核；最后完成了設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型。Design is colorless, odorless, sweet liquid. At room temperature, and ethylene glycol boiling point ℃, flash point ℃, the relative water density of . Ethylene glycol in China mainly for the production of polyester (PET) and antifreeze and binder etc. Polyester industry is the main consumption of ethylene glycol in China, polyester consumption accounts for more than 90% of ethylene glycol total consumption all the time, the production and consumption of ethylene glycol has been continuous and rapid development .This design flow is the annual output of 200w tons of ethylene glycol, work 8000 hours, calculated by the annual production of known DMO annual consumption of million tons of raw materials, fresh hydrogen consumption of tons. This design first to process analysis and then according to the process parameters and the standard of Aspen plus simulation software pleted the hydrogenation reactor, heat balance,also pleted the optimization problem of the reactor。 dimethyl oxalate hydrogenation。在國內(nèi)，生產(chǎn)乙二醇廣泛用于黏合劑、聚酯(PET)以及防凍液等。本設(shè)計(jì)采用草酸二甲脂加氫制乙二醇工藝技術(shù)，分為兩步進(jìn)行。 工藝特點(diǎn)本車間設(shè)計(jì)由草酸二甲酯制乙二醇工藝全部采用合成氣為原料進(jìn)行，使乙二醇合成所需要的原料，都有低廉的價(jià)格和豐富的資源。精制后的草酸二甲酯與新鮮氫氣催化加氫生產(chǎn)乙二醇，DMO催化加氫反應(yīng)采用HEG1型加氫催化劑，使得原料草酸二甲酯轉(zhuǎn)化率≥98%，產(chǎn)物乙二醇選擇性≥95%。目前，中國石油合成路線生產(chǎn)乙二醇受到乙烯生產(chǎn)量的影響，生產(chǎn)量不能滿足國內(nèi)外市場的需求。按原料性質(zhì)的不同，化工產(chǎn)品的生產(chǎn)路線可分為“石油化工”和“煤化工”，而且“石油化工”路線在目我國化工產(chǎn)品合成中占有主導(dǎo)性地位。 工藝選擇 工藝方案比較目前，我國乙二醇合成工藝技術(shù)主要是環(huán)氧乙烷水合法，但是非環(huán)氧乙烷水合法路線尤其是煤化工路線已經(jīng)取得了巨大突破。1) EO法 該合成乙二醇路線中用到大量的水，能耗很大；會(huì)有副產(chǎn)物二乙二醇(DEG)和三乙二醇(TEG)生產(chǎn)。此工藝流程如下此工藝路線要在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行著不同的反應(yīng)，工藝操作繁瑣，難以控制在同一個(gè)反應(yīng)器中使得兩步反應(yīng)都達(dá)到最佳條件。石油化工路線合成乙二醇，此路線經(jīng)濟(jì)效益會(huì)受到原油市場的影響。 工藝方案選擇煤制乙二醇的技術(shù)核心是選用低成本和長壽命的催化劑。CO在HDMO1型催化劑的作用下，與亞硝酸甲酯催化反應(yīng)生成草酸二甲酯和NO，反應(yīng)方程式如下(3)草酸二甲酯催化加氫制取乙二醇DMO催化加氫反應(yīng)是一個(gè)聯(lián)串反應(yīng)，首先是DMO催化加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，其次是乙醇酸甲酯催化加氫生成乙二醇，反應(yīng)方程式如下總反應(yīng)方程式如下 工藝流程圖本車間設(shè)計(jì)的DMO催化加氫工藝流程如下圖1所示。催化加氫反應(yīng)溫度為210℃，壓力為2MPa。下部采出EG及1,2丁二醇混合物經(jīng)換熱器進(jìn)入產(chǎn)品初精餾塔。塔頂餾出的共沸物經(jīng)冷凝分相后，下層富乙二醇通過精制達(dá)到工業(yè)要求。 HEG1加氫催化劑該催化劑的低溫活性好，在2MPa下，工業(yè)粒度210℃與205℃時(shí)，%＞98%，EG選擇性分別為98%＞93%，此時(shí)催化劑達(dá)到最佳活化性能，EG的收率最高，副反應(yīng)產(chǎn)率低。HEG1型催化劑的工業(yè)粒度數(shù)據(jù)水平超過了CuCr系以及CuSi系的草酸二甲酯加氫催化劑的報(bào)道。二是設(shè)計(jì)出新的乙二醇合成生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝路線，由物料衡算結(jié)果計(jì)算出各個(gè)裝置設(shè)備流股的組成、含量以及物料量，可確定出DMO催化加氫車間設(shè)備的工藝尺寸和整個(gè)工藝流程。在穩(wěn)定狀態(tài)下有表示 系統(tǒng)物料衡算 EG合成流程圖本設(shè)計(jì)乙二醇合成車間工藝流程見下圖1，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)合成反應(yīng)器做系統(tǒng)物料衡算。Aspen plus模擬軟件的應(yīng)用，使計(jì)算能加方便簡潔，可優(yōu)化工藝生產(chǎn)設(shè)備、可大大降低工藝生產(chǎn)成本和建設(shè)投資費(fèi)用，而且能產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。由表可以看出進(jìn)出反應(yīng)器的質(zhì)量流量守恒。確定了DMO催化加氫反應(yīng)是吸熱還是放熱，吸熱量和放熱量的大小，怎樣充分利用反應(yīng)器余熱，本設(shè)計(jì)提出了乙二醇合成車間能量的綜合利用，設(shè)計(jì)出怎樣使能耗降低到最小。表33 加氫反應(yīng)器進(jìn)出料流股焓值表進(jìn)料出料溫度℃210壓力/MPa氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量 kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr Gcal/hr有表33可以看出DMO加氫反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。在化工生產(chǎn)流程中使用著很多熱交換器，提高氫氣換熱器的工作效率，能降低車間的經(jīng)濟(jì)能源的消耗；另一方面，DMO催化加氫車間能用換熱器回收生產(chǎn)余熱，這樣可以提高車間裝置設(shè)備的熱利用率。 分類與特性換熱器是化工生產(chǎn)中采用最多的一種，型式多樣，適用于化工工業(yè)生產(chǎn)的中幾乎各種條件各種場合。2) 換熱器流速以及流動(dòng)空間的確定(1) 兩種流體分別是加壓氣體和冷卻水，由于壓強(qiáng)高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力，所以加壓氣體走管程，自來水走殼程。 表43 殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)物性數(shù)據(jù)加氫物料高壓蒸汽 估算總傳熱系數(shù)1) 熱流量計(jì)算2) 平均傳熱溫差計(jì)算3) 冷卻水用量計(jì)算1　2??；污垢熱阻氣側(cè) 水側(cè) 3　4　 計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度 工藝結(jié)構(gòu)尺寸1) 換熱器管徑和管內(nèi)氫氣流速及管長換熱器的物料管道選用φ25，管道內(nèi)的流股流速取ug=25m/s，物料管長取3m。℃)即管程的流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。℃（ （ 9( DNSDJKFDFKJI/////////////[kJ/(kg℃]裕度/%經(jīng)過修正校核，最終選定換熱器型號(hào)為表示：氫氣換熱器封頭管箱900換熱器公稱直徑(mm)，(MPa)，(MPa)，(m2)，3換熱器換熱管長(m)，25換熱器換熱管外徑(mm)。在各類型式泵中，離心泵使用最為廣泛，因?yàn)殡x心泵不僅流量、揚(yáng)程和性能范圍都很大，而且離心泵結(jié)構(gòu)簡單、體積小、流程操作穩(wěn)定、安裝維修便捷等特點(diǎn)。此處以催化加氫工段DMO進(jìn)料泵的選型為例。智能選泵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。 選型結(jié)果表49 泵選型一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)名稱數(shù)量型號(hào)規(guī)格流量（m3/h）揚(yáng)程（m）軸功率(kW)效率(kW)轉(zhuǎn)速(r/min)1P1001A/BDMO進(jìn)料泵2ISG65160(I)3276029002P1002A/B粗產(chǎn)精餾進(jìn)料泵2IS150125315B256014503P1003A/B精餾回流泵224SA10J19730 壓縮機(jī) 概述 設(shè)計(jì)依據(jù)本車間設(shè)計(jì)依據(jù)如下《》《》《》由本設(shè)計(jì)工藝要求選擇，確定了氫氣進(jìn)出口流量、溫度、壓力。型號(hào)為BCL603。 DMO加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)DMO催化加氫反應(yīng)反應(yīng)器為固定床列管式反應(yīng)器，反應(yīng)為氣液相反應(yīng)。同時(shí)HEG1型催化劑由國內(nèi)自主研發(fā)，超過了時(shí)國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的CuSi系、CuCr系的草酸二甲酯加氫催化劑活性數(shù)據(jù)水平。圖7 溫度對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響（2） 反應(yīng)壓力 本設(shè)計(jì)乙二醇合成車間實(shí)際生產(chǎn)操作中，DMO催化加氫溫度與壓力是同時(shí)考慮的，但為了保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的恒定，在升高加氫反應(yīng)溫度時(shí)，必須同時(shí)增加加氫反應(yīng)壓。圖8 壓力對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響（3）氫酯比影響氫酯比是指原料中新鮮氫氣與原料中DMO的摩爾比，氫酯比對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響如下圖9所示。采用列管式固定床反應(yīng)器，DMO催化加氫反應(yīng)的操作條件是：催化反應(yīng)溫度210℃，氫烴比80~100。該體積為HEG1型催化劑體積，由此來求得反應(yīng)器體積為 V床=()= (1)、HEG1型催化劑床層直徑u為空床操作氣速，；床層直徑 圓整后，(2)、HEG1型催化劑床層高度催化劑平均粒徑取4mm，；床層高度 V床——反應(yīng)器催化劑床層體積 m3L——催化劑床層高度，管長取 (3)、反應(yīng)器裝填HEG1型催化劑的量反應(yīng)器床層裝有Φ3~6mm 中空類球形HEG1型催化劑，堆密度ρ為500 kg/m3，催化劑導(dǎo)熱系數(shù)λ為，催化劑的適宜使用溫度為 193~250 ℃。焊接法連接，則反應(yīng)器管心距為圖10 反應(yīng)管排列方式橫過管束中心線的管數(shù)為反應(yīng)器殼體的內(nèi)徑為